JP2008296347A - 回転割出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インデックステーブルの回転開始時と停止時に衝撃が発生せず、回転速度を高めて回転割出のサイクルタイムを短縮できるとともに、作動が確実で高い耐久性を有する回転割出装置を提供する。
【解決手段】 ラック枠１２を第１の流体シリンダ機構によって第１の方向に移動させて回転軸を回転させ、ラック枠がストローク端に移動したときに第２の流体シリンダ機構により前記ラック枠を第２の方向に移動させて、ピニオン１１と噛合うラック１２Ａ、１２Ｂを切り換えて第１の流体シリンダ機構の駆動方向を反転し、回転軸を所定角度ずつ割出回転させる。スプール２８、２９の外周面と給排出孔２２Ａ、２３Ａの小径部分の内周面との隙間で形成される流路の断面積をそれぞれピストン１６、１７の両側のストローク限界位置近傍で減少させてあるため、回転軸の回転開始時と停止時に衝撃が発生しない。
【選択図】 図４

Description

本発明は、流体シリンダ機構によって、回転軸を所定の角度ずつ回転させるための回転割出装置に関する。

シリンダ機構の往復動作をラック・ピニオン機構を用いて回転動作に変換し、回転軸を所定の角度ずつ回転割出駆動するようにした装置としては、例えば、特許文献１に記載されているものが提案されている。
特開２０００−５５００９号公報

同文献に記載されている装置は、本体部に回転可能に支持された、ピニオンを有する回転軸と、この回転軸に垂直な面で、前記本体部の両側に配置されたメインシリンダと、これらのメインシリンダに直交して両側に配置されたサブシリンダと、胴体部を介して２つのピストンが一体に設けられ、２つのメインシリンダ内にこれらのピストンが配置される一体型のピストン部材と、その胴体部に支持されて、前記ピニオンに対して互いに反対方向から離接可能な一対のラック部材と、それぞれのサブシリンダ内に配置されて、これらのラック部材をスプリングを介してピニオンに対して離接させるピストンとを有している。

そして、回転軸を回転駆動する場合には、一方のサブシリンダのピストンでこれに隣接する側のラック部材をピニオンに押し付けて噛み合わせるとともに、他方のラック部材をラック退避部材で押してピニオンから退避させ、この状態で一体型のピストン部材を一方向に移動させることにより、ピニオンと噛み合っているラック部材がピストン部材とともに移動する際に、ピニオンを介して回転軸を回転させる。

ピストン部材がストローク端まで移動して停止すると、他方のサブシリンダのピストンでこれに隣接する側のラック部材をピニオンに押し付けて噛み合わせるとともに、反対側のラック部材をラック退避部材で押してピニオンから退避させる。

この状態からさらに、ピストン部材を反対方向へ移動させると、ピニオンと噛み合っているラック部材がピストン部材とともに移動する際に、回転軸を再び同じ方向に回転させる。このような手順を交互に繰り返すことによって、ピストン部材のストロークに応じた回転角ずつ回転角を同方向に回転させることができる。

前述した特許文献１に記載された装置においては、メインシリンダのピストン部材がストローク端まで移動して停止する際や動作開始時に、回転軸の回転速度が急激に変化するため、回転割出のサイクルタイムを短くしようとすると回転軸に過大な負荷トルクが作用するため、ラック部材やピニオンを損耗させて装置寿命を縮めてしまう恐れがあるとともに、回転軸に取り付けられたインデックステーブル上に載置されるワークに衝撃が作用して位置がずれてしまう問題があった。

そこで、本発明は、前述した従来技術における問題を解消し、インデックステーブルの回転開始時と停止時に衝撃が発生せず、回転速度を高めて回転割出のサイクルタイムを短縮できるとともに、作動が確実で高い耐久性を有する回転割出装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の回転割出装置は、機枠と、前記機枠に対して回転自在に保持された回転軸と、前記機枠に対して前記回転軸の回転軸線と直交する平面内で、一体的に並進運動可能に案内支持されているとともに、前記平面内で前記回転軸を挟んで互いに歯面を向き合わせて当該平面内の第１の方向に並行して配列された第１のラック及び第２のラックとを有するラック枠と、前記回転軸に設けられ、前記ラック枠が前記平面内で第１の方向と直交する第２の方向の移動可能範囲の中間位置にあるときは、第１のラックと第２のラックの両方との噛み合いを維持し、当該ラック枠が前記中間位置から第２の方向の移動可能範囲の何れか一方の側に移動したときは、これらラックの何れか一方と完全に噛み合い、他方のラックとの噛み合いが外れるように第１のラックと第２のラックとの間に配置されたピニオンと、前記機枠に設けられ、前記ラック枠を第１の方向に往復移動させる第１の流体シリンダ機構と、前記機枠に設けられ、前記ラック枠を第２の方向に往復移動させる第２の流体シリンダ機構とを備えている。

本発明の回転割出装置においては、第１の流体シリンダ機構は、第１の方向における前記機枠の両側に前記回転軸に対して対称的に設けられて、機枠側と反対側にシリンダ室の頂壁が形成されている、第１の流体シリンダ及び第２の流体シリンダを有して、これらの流体シリンダのシリンダ室内には、それぞれ、前記ラック枠とともに第１の方向に往復移動可能なピストンが嵌挿され、前記それぞれのシリンダ室頂壁には、シリンダ室内へ流体を供給し、また、当該シリンダ室内から流体を排出するための、シリンダ室内に面する開口部の近傍部分が他の部分より小径に形成されている給排出孔が第１の方向に貫通形成された栓体が設けられ、それぞれのピストンのシリンダ室頂壁と対向する側の端面には、先端部側から対向する栓体の給排出孔内に挿入させたスプールの基端部が保持され、前記それぞれのスプールは、基端部でシリンダ室内に連通する流体通路が内部に貫通形成され、前記流体通路の途中には、先端部側から基端部側への流体の通過のみを許容するチェック弁が設けられているとともに、外周面は、前記給排出孔の小径に形成されている部分の内周面との隙間で形成される流路の断面積が、ピストンが両側のストローク限界位置に近づくにつれて減少する形状となっている。

また、本発明の回転割出装置においては、第２の流体シリンダ機構への流体供給が遮断された際に、ラック枠を第２の方向の移動可能範囲の中間位置へ復帰移動させる付勢部材を設けてあることが望ましい。

また、本発明の割出装置においては、それぞれの栓体は、第１の流体シリンダと第２の流体シリンダのシリンダ室頂壁に貫通形成されたねじ孔に螺合固定されているとともに、これらの栓体のシリンダ室内へ突出する端面に、対向するピストン端面を当接させてシリンダ室頂壁側のピストンのストローク限界を規定しているとともに、これらの栓体を回動させて前記ストローク限界位置を調整できるようにしてあることも望ましい。さらに、回転軸の回転方向を一方向に規制する一方向クラッチを設けてあることも望ましい。

請求項１記載の発明によれば、スプール外周面と栓体の給排気孔の小径部分の内周面との隙間で形成される流路の断面積が、ピストンの両側のストローク限界位置に近づくにつれて減少するように構成してあるため、回転軸の回転開始時と回転停止時に、回転速度の急激な変化による衝撃が発生せず、回転割出のサイクルタイムを短縮することができる。

また、回転軸の回転開始時と停止時において、回転軸に過大な負荷トルクが作用しないため、コンパクトな装置で、慣性能率の大きいインデックステーブルを回転駆動することが可能になるとともに、装置寿命を延ばすことができる。

また、請求項２の発明によれば、流体シリンダ機構への流体供給が回転軸の回転途中で停止した場合に、付勢部材の付勢力によってラック枠が中間位置に移動して、第１のラックと第２のラックの両方にピニオンが噛み合って回転軸の回転が拘束されるため、外力で回転軸が不用意に回転してしまうことがない。

請求項３記載の発明によれば、栓体にピストンのストローク限界位置を規制するストッパの役割を兼用させているため、部品点数を増やすことなく、ピストンの左右のストローク調整を容易に行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、回転軸の回転方向を一方向に規制する一方向クラッチを設けたことにより、ピニオンと噛み合うラックを切り換える際に、回転軸の回転方向のがたつきを低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の回転割出装置の１実施形態を示す正面図、図２は右側面図、図３は平面図、図４は図１のＡ−Ａ断面図、図５は図３のＢ−Ｂ断面図、図６は、図３のＣ−Ｃ断面図であって、これらの図に示すように、本発明の回転割出装置１は、ブロック状の機枠２（図５、図６参照）を有し、この基枠２に軸受け３、４によって回転軸５が垂直軸線回りに回転自在に保持されている。

本実施形態のものにおいては、これらの軸受け３、４には、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方が受けられる深溝玉軸受けが用いられている。なお、回転軸５を保持する軸受けには、これに限らず、ラジアル、スラスト両方の荷重を支持可能なものであればよい。

回転軸５の上端部は、機枠２から上方に突出しており、この突出部分には取付ハブ６が装着されている。前記取付ハブ６の上面には、図３に示すように、インデックステーブルをねじ固定するためのねじ穴６Ａが、回転軸５を取り付ける軸孔６Ｂを中心とする円周上に４カ所形成されている。なお、インデックステーブルは、取付ハブ６と一体に形成してもよい。

図６に示すように、取付ハブ６には、その外周面から軸孔６Ｂに貫通するねじ孔６Ｃが形成されていて、前記ねじ孔６Ｃには、取付ハブ６Ｃを回転軸５に固定するための固定ねじ７が螺入され、その先端が回転軸５の外周の一部に形成された平坦面５Ａに当接して、回転軸５に対して取付ハブ６が回転しないように保持している。

また、取付ハブ６の外周面には、回転位置検出フランジ６Ｄが一体に設けられていて、前記回転位置検出フランジ６Ｄに図３からわかるように中心角９０°毎に４カ所空けられている被検出孔６Ｅが、光透過型の回転検出センサ８に検出されることで回転軸５の回転位置が検出されるようになっている。

機枠２の下端面には、回転軸５と同心状の円板形の取付板９が取り付けられていて、この取付板９の外周部４カ所に形成されている取付孔９Ａ（図３参照）にボルトを差し込んで、回転割出装置１を所望の取付面に締結固定できるようになっている。

前記取付板９の下面には、図５、図６に示すように、回転軸５の機枠２下方に突出する部分を収容している中空のボス部９Ｂが垂設されており、前記ボス部９Ｂの内周面と回転軸５との間には、回転軸５の回転方向を一方向に規制するための一方向クラッチ１０が組み込まれている。前記一方向クラッチ１０には、本実施形態においてはローラクラッチを使用しているが、これに代えて他の構造の一方向クラッチ、例えば、カムクラッチ等を用いてもよい。

回転軸５の中央部分には、ピニオン１１が設けられている。このピニオン１１は、本実施形態のものにおいては回転軸５と一体に削り出し加工により形成されており、図４に示すように、後述するラック枠１２の内部を貫通している。なお、ピニオン１１は、回転軸５とは別体に製作したものを回転軸５に固定するようにしてもよい。

図４からわかるように、ラック枠１２は、水平面内で互いに歯面を向かい合わせてそれぞれの長手方向を第１の方向（以下、この方向を図１を装置正面から見て左右方向とする。）に並行して配列された第１のラック１２Ａならびに第２のラック１２Ｂと、これらのラック１２Ａ、１２Ｂの長手方向の両端どうしを互いに連結している一対の連結片１２Ｃ、１２Ｄから矩形の枠状に組み立てられている。なお、本実施形態においては、ラック枠１２は、製作の便宜上これらの４つの部品を個別に製作して組み合わせているが、単一部品として構成してもよい。

また、ラック枠１２は機枠２に対して左右方向に摺動自在に案内支持されているラック枠保持体１３上に、水平面内で第１の方向と直交する第２の方向（以下、前後方向とする。）に摺動自在に保持されている。

このような構成によって、ラック枠１２は、機枠２対して水平面内でラック１２Ａ、１２Ｂ、及び、連結片１２Ｃ、１２Ｄが一体となって、左右方向と前後方向の２次元の自由度で並進運動すなわち平行移動できるようになっている。なお、本実施形態においては、ラック枠保持体１３は、製造や組立の便宜上、図６に示すように上下方向に分割された２つの部分から構成されている。

一方、図４及び図６に示すように、機枠２の左右両側には、回転軸５に対して対称的に、第１の流体シリンダとしてのエアシリンダ１４及び第２の流体シリンダとしてのエアシリンダ１５が取り付けられていて、これらのエアシリンダ１４、１５の内部にはピストン１６、１７がそれぞれ摺動自在に嵌挿されている。

これらのピストン１６、１７は、ラック枠保持体１３の左右両側面にそれぞれ当接されていて、ラック枠保持体１３ならびにこれに保持されたラック枠１２とともに、左右方向に一体に往復移動できるようになっている。なお、これらのエアシリンダ１４、１５ならびにピストン１６、１７によって第１の流体シリンダ機構が構成されている。

また、これらのピストン１６、１７の外周面に環状に形成されているシールリング保持溝とウェアリング保持溝には、シールリング１８、１９とウェアリング２０、２１がそれぞれ装着されている。

これらのシールリング１８、１９は、ピストン１６、１７の外周面とエアシリンダ１４、１５のシリンダ室１４Ａ、１５Ａの内周面との間を気密にシールしている。また、それぞれのピストン１６、１７は、これらのシリンダ室１４Ａ、１５Ａの内周面にウェアリング２０、２１を介して摺動自在に案内支持されている。

また、シリンダ室１４Ａ、１５Ａの左右両側の頂壁１４Ｂ、１５Ｂにはそれぞれ、シリンダ室１４Ａ、１５Ａへエアを供給し、また、これらのシリンダ室１４Ａ、１５Ａからエアを外部へ排出するための給排出孔２２Ａ、２３Ａを有する栓体２２、２３が装着されている。

これらの栓体２２、２３はそれぞれ、外周面に形成されている雄ねじ部２２Ｂ、２３Ｂを頂壁１４Ｂ、１５Ｂに貫通形成されているねじ孔にそれぞれ螺入し、シール部材２４、２５を挟んでこれらの雄ねじ部２２Ｂ、２３Ｂにロックナット２６、２７を装着して、それぞれのエアシリンダ１４、１５に固定してある。

なお、栓体２２、２３のシリンダ室１４Ａ、１５Ａ内に面する端面は、それぞれ対向するピストン１６、１７の端面と当接してこれらのピストン１６、１７のストローク限界位置を規制するためのストッパとしての機能を有しており、これらの栓体２２、２３の頂壁１４Ｂ、１５Ｂに対するねじ込み量を加減することにより、シリンダ室１４Ａ、１５Ａ内へのこれらの栓体２２、２３の端面の突出量を調整し、ピストン１６ならびにピストン１７の左右のストローク限界位置が調整できるようになっている。

一方、それぞれのピストン１６、１７の、シリンダ室１４Ａ、１５Ａの頂壁１４Ｂ、１５Ｂと対向する端面には、先端部側から対向する栓体２２、２３の給排出孔２２Ａ、２３Ａ内に挿入されているスプール２８、２９の基端部が保持されている。

図７に示すように、これらのスプール２８、２９は、それぞれがピストン１６、１７の前記栓体２２、２３と対向する端面の中心部に階段状に形成されたスプール保持孔１６Ａ、１７Ａに挿入されて、基端部に形成されているフランジ部２８Ａ、２９Ａが、これらのスプール保持孔１６Ａ、１７Ａの段部に係合して保持されている。

なお、左右のスプール２８、２９とピストン１６、１７はそれぞれ同一構造であるため、図７中にはこれらの一方のみを図示しており、他方のものの対応する部分については（）内に表示してある。

また、それぞれのピストン１６、１７には、スプール保持孔１６Ａ、１７Ａの内側にこれより大径の貫通孔１６Ｂ、１７Ｂが連続して形成されていて、これらの貫通孔１６Ｂ、１７Ｂ内には、それぞれの内周面との間をＯリング３０、３１でシールされた蓋部材３２、３３が嵌装されている。

これらの蓋部材３２、３３は、それぞれ一方の端面がスプール２８、２９のフランジ部２８Ａ、２９Ａの裏面と当接し、他方の端面が貫通孔１６Ｂ、１７Ｂのそれぞれの内周面に形成されている環状溝に嵌着されたＣ字形の弾性係止リング３４、３５に当接して貫通孔１６Ｂ、１７Ｂ内での軸方向移動が阻止されている。

図８は、左右両側の栓体２２、２３とスプール２８、２９の位置関係と詳細構造を示す部分断面図であって、同図（Ａ）は、図４に対応した向きの断面、（Ｂ）は、図６に対応した向きの断面を示している。

図８に示すように、それぞれのスプール２８、２９には、その内部に流体通路としてのエア通路２８Ｂ、２９Ｂが貫通形成されており、また、これらのエア通路２８Ｂ、２９Ｂの途中には、先端部側から基端部側へのエアの通過のみを許容するチェック弁として機能するボール２８Ｃ、２９Ｃと、前記ボール２８Ｃ、２９Ｃを常時エア通路２８Ｂ、２９Ｂを塞ぐ向きに付勢しているばね２８Ｄ、２９Ｄが設けられている。

また、それぞれのスプール２８、２９のフランジ部２８Ａ、２９Ａの裏面には、前記エア通路２８Ｂ、２９Ｂに連通するとともに、それぞれのピストン１６、１７に形成されているシリンダ室１４Ａ、１５Ａへの連通口１６Ｃ、１７Ｃ（図７参照）に連通する半径方向の溝２８Ｅ、２９Ｅが形成されている。

一方、栓体２２、２３にそれぞれ形成されている給排出孔２２Ａ、２３Ａのシリンダ室１４Ａ、１５Ａに面する開口部の近傍部分２２Ｃ、２３Ｃは、他の部分よりも小径に形成されている。

また、図８（Ａ）に示すように、スプール２８、２９の外周面２８Ｆ、２９Ｆの長手方向中央部分で一つの直径方向の両側に互いに平行する平坦面Ｃが削成されており、また両端近傍で、前述した栓体２２、２３の開口部近傍部分２２Ｃ、２３Ｃの内径に幅が近づくようにこれらの平坦面Ｃに連続して斜面部Ｓが形成されている。

また、外周面２８Ｆ、２９Ｆの前記直径方向と直角な方向の部分は、図８（Ｂ）に示すように、前記開口部近傍部分２２Ｃ、２３Ｃより僅かに小径な円筒状の面に形成されている。

したがって、スプール２８、２９の外周面２８Ｆ、２９Ｆと、栓体の給排出孔２２Ａ、２３Ａの小径に形成されている開口部近傍部分２２Ｃ、２３Ｃの内周部分との隙間で形成される流路の断面積は、ピストン１６、１７のストローク範囲の中央部分では広く、また両側のストローク限界位置に近づくにつれて次第に減少するようになっている。

なお、スプール２８、２９の外周面２８Ｆ、２９Ｆの輪郭形状は、本実施形態のものに限らず、例えば、中央部分で小径な円形断面形状とし、両端近傍部分を外径が漸増するテーパ面に形成してもよい。

図４及び図５に示すように、機枠２の前後両側には、回転軸５に対して対称的に、エアシリンダ３６、３７が取り付けられていて、これらのエアシリンダ３６、３７の内部にはピストン３８、３９がそれぞれ摺動自在に嵌挿されている。
なお、エアシリンダ３６、３７ならびにピストン３８、３９によって、第２の流体シリンダ機構が構成されている。

また、それぞれのエアシリンダ３６、３７には、シリンダ室３６Ａ、３７Ａの頂壁３６Ｂ、３７Ｂの近傍に、これらのシリンダ室３６Ａ、３７Ａに対してエアの供給・排出を行うための給排出孔３６Ｃ、３７Ｃが形成されている。

一方、それぞれのピストン３８、３９の、シリンダ室３６Ａ、３７Ａの頂壁３６Ｂ、３７Ｂと対向している後側の端面には、付勢部材としての圧縮コイルばね４０、４１の一部を収容保持している凹部３８Ａ、３９Ａが形成されている。

また、ピストン３８、３９の外周面には、シールリング４２、４３を保持するための環状溝３８Ｂ、３９Ｂが形成されていて、これらのシールリング４２、４３によって、シリンダ室３６Ａ、３７Ａ内周面とピストン３８、３９外周面との間が摺動自在にシールされている。

圧縮コイルばね４０、４１は、これらの凹部３８Ａ、３９Ａから突出している先端がそれぞれ頂壁３６Ｂ、３７Ｂの内面と所定量圧縮変形された状態で当接しており、これらの圧縮コイルばね４０、４１の弾性付勢力によって両方のピストン３８、３９は、回転軸５側に向けて常時付勢されている。

ピストン３８，３９の前端面はそれぞれ摺動ガイド４４、４５に当接し、これらの摺動ガイド４４、４５は、ラック枠１２の第１及び第２のラック１２Ａ、１２Ｂの背面に当接して、ラック枠１２を左右方向（第１の方向）に摺動自在に両側から挟持している。

このような構成により、ラック枠１２は給排出孔３６Ｃ、３７Ｃを通してシリンダ室３６Ａ、３７Ａの何れか一方にエアが導入されない限り、圧縮コイルばね４０、４１の付勢力によって、図４に示す中間位置に保持されていて、前記中間位置においては、第１のラック１２Ａと第２のラック１２Ｂの両方がピニオン１１に両側から噛み合って回転軸５の回転を阻止している。

次に、前述したように構成されている回転割出装置１の動作を説明する。図９及び図１０は前述した回転割出装置１を駆動するための空気回路を示す図であって、図９は、図３のように上方から見た平面視で、回転軸５を左回りステップで９０°ずつ回転させる場合の空気回路、図１０は、これと逆に右回りステップで９０°ずつ回転させる場合の空気回路を示している。

図９及び図１０においては、Ｓは高圧のエア供給源、Ｖは電磁切換弁、Ａは前述した回転割出装置１における給排出孔２２Ａに対応するポート、Ｂは給排出孔２３Ａに対応するポート、Ｃは給排出孔３６Ｃに対応するポート、Ｄは給排出孔３７Ｃに対応するポートをそれぞれ示している。

回転軸５を左回りステップで回転させる場合には、図９に示すように、ポートＡとポートＣを共通のエア管路で電磁切換弁Ｖに接続し、一方、ポートＢとポートＤを共通のエア管路で前記電磁切換弁Ｖに接続する。

図９に示す電磁切換弁Ｖの切換位置は、ポートＡとポートＣにエア供給源Ｓからエアが供給される位置であり、また、この切換位置においてはポートＢとポートＤは、電磁切換弁Ｖを介して大気中に開放されている。

一方、電磁切換弁Ｖを同図に示されている状態と反対側に切り換えると、ポートＡとポートＣは前記電磁切換弁Ｖを介して大気中に開放され、また、ポートＢとポートＤにはエア供給源Ｓからエアが供給される。

また、回転軸５を右回りステップで回転させる場合には、図１０のように ポートＡとポートＤを共通のエア管路で電磁切換弁Ｖに接続し、一方、ポートＢとポートＣを共通のエア管路で電磁切換弁Ｖに接続する。

図１０に示す電磁切換弁Ｖの切換位置は、ポートＡとポートＤにエア供給源Ｓからエアが供給される位置であり、また、この切換位置においてはポートＢとポートＣは、電磁切換弁Ｖを介して大気中に開放されている。

一方、電磁切換弁Ｖを同図に示されている状態と反対側に切り換えると、ポートＡとポートＤは電磁切換弁Ｖを介して大気中に開放され、ポートＢとポートＣにはエア供給源Ｓからエアが供給される。

後述するように、電磁切換弁Ｖを回転軸５の割出角度９０°回転する毎に交互に切り換えることで、図９または図１０に示す空気回路の構成に応じて、回転軸５の左回りまたは右回りのステップ回転を連続して行うことができる。

ここで、回転軸５の左回りのステップ回転を行う場合には、図５に示す、取付板９のボス部９Ｂ内の一方向クラッチ１０は、回転軸５の左回りの回転は許容し右回りの回転は規制する向きに組み込んでおき、一方、右回りのステップ回転を行う場合には、回転軸５の右回りの回転は許容し左回りの回転は規制するように、一方向クラッチ１０をボス部９Ｂ内に左回りの場合とは上下逆向きに組み込んでおく。

なお、本実施形態においては、一方向クラッチ１０は、第１のラック１２Ａと第２のラック１２Ｂ間でピニオン１１の噛合いを切り換える際に、回転軸５の回転方向のがたつきを低減する目的で組み込んである。

以下、回転軸５の割出角度９０°毎の左回りのステップ回転動作を図面に基づいて説明する。図４に示すように、動作の開始時においては、ラック枠１２は、ピストン１６、ピストン１７、及びラック保持体１３とともに左方ストローク限界位置にあり、また、ピニオン１１に対して、第１及び第２のラック１２Ａ、１２Ｂが両方とも噛み合っている中間位置にあるものとする。

この状態から、図９に示されているように、電磁切換弁Ｖを介してエア供給源ＳからポートＡ（給排出孔２２Ａ）とポートＣ（給排出孔３６Ｃ）にエアを導入する。

そうすると、前記エア供給源Ｓから供給されるエアの一部は、給排出孔３６Ｃからエアシリンダ３６のシリンダ室３６Ａに入り、ピストン３８の後端面を押圧し、その結果、ピストン３８が摺動ガイド４４ならびにラック枠１２とともにピニオン１１側へ向けて変位し、図１１に示すように、ラック枠１２の第１のラック１２Ａがピニオン１１と噛み合うとともに、第２のラック１２Ｂは、ピニオンとの噛み合いが外れる。

一方、エアシリンダ３７の給排出孔３７Ｃは大気中に開放されているため、ピストン３９は摺動ガイド４５とともにラック枠１２に押され、コイルばね４１の付勢力に抗して後退する。

また、同時に、前記エア供給源Ｓから供給されるエアは、スプール２８内のエア通路２８Ｂを閉じているボール２８Ｃをばね２８Ｄの付勢力に抗して押し開いてエアシリンダ１４のシリンダ室内に入り、ピストン１６を右方に押す。そうすると、ピストン１６はラック枠１２を保持しているラック枠保持体１３を介して反対側のピストン１７を伴って右方に移動を開始しようとする。

この際、ピストン１７側のスプール２９ではエア通路２９Ｂがボール２９Ｃによって閉じられるので、シリンダ室１５Ａ内のエアは、スプール２９の外周面と給排出孔２３Ａの内周面との間の流路断面積が狭くなっている隙間を通過して外部に排出される。

しかしながら、エアが前記隙間を通過する際の流動抵抗が大きいため、ピストン１６に押されるラック枠１２の初期の移動速度は極めて低速に抑えられ、第１のラック１２Ａとピニオン１１との噛み合いによって、回転軸５は衝撃なく緩やかに回転を開始する。

その後、図１２に示すように、ピストン１７の右方への移動に伴って、スプール２９の外周面と給排出孔２３Ａの内周面との間の流路断面積が増加するため、両者の隙間を通過してシリンダ室１５Ａ内から外部へ排出される際のエアの流動抵抗は小さくなる。その結果、一体に移動するピストン１６、ラック枠保持体１３、ラック枠１２、及び、ピストン１７の移動速度は増加し、これに伴って回転軸５の回転も加速する。

やがてピストン１７が右方の移動ストローク限界位置に近づくと、再びスプール２９の外周面と給排出孔２３Ａの内周面との間の隙間で形成される流路断面積が減少するため、前記隙間を通過するエアの流動抵抗が大きくなり、ラック枠１２の右方への移動速度は減速し、図１３のようにラック枠１２が右方の移動ストローク限界位置に達したときに回転軸５は衝撃を生じることなく滑らかに回転を停止する。

こうして、回転軸５が、図３において左回りに回転角９０°回転したところで取付ハブ６の回転位置検出フランジ６Ｄに形成されている被検出孔６Ｅが回転検出センサ８によって検出される。

一方、前述した電磁切換弁Ｖは回転検出センサ８の検出信号を受けることで切換動作が行われるように構成されており、このとき図９に示す状態から電磁切換弁Ｖが切り換えられ、エア供給源Ｓのエアは、ポートＢとボートＣに供給されるとともに、ポートＡとポートＣは電磁切換弁Ｖを介して大気中に開放される。

その結果、図１４に示すように、給排気孔３７Ｃからシリンダ室３７Ａ内にエアが導入されるとともに、反対側のシリンダ室３６Ａ内のエアは給排気孔３６Ｃを介して大気中に開放されるため、ピストン３９が摺動ガイド４５を介してラック枠１２を押動し、第１のラック１２Ａがピニオン１１から外れるとともに、第２のラック１２Ｂがピニオン１１と噛み合う。

これと同時に、給排気孔２３Ａから導入されるエアがスプール２９内のエア通路２９Ｂを閉じているボール２９Ｃをばね２９Ｄの付勢力に抗して押し開いてエアシリンダ１５内に入り、ピストン１７を左方に押す。その結果、ピストン１７は、ラック枠１２を保持しているラック枠保持体１３を介して反対側のピストン１６を伴って左方に移動を開始しようとする。

この際、ピストン１６側のスプール２８ではエア通路２８Ｂがボール２８Ｃによって閉じられるので、シリンダ室１４Ａ内のエアは、スプール２８の外周面と給排出孔２２Ａの内周面との間の流路断面積が狭くなっている隙間を通過して外部に排出される。

しかしながら、エアが前記隙間を通過する際の流動抵抗が大きいため、ピストン１７に押されるラック枠１２の初期の移動速度は極めて低速に抑えられ、第２のラック１２Ｂとピニオン１１との噛み合いによって、回転軸５は衝撃なく緩やかに回転を開始する。

その後、図１５に示すように、ピストン１６の左方への移動に伴って、スプール２８の外周面と給排出孔２２Ａの内周面との間の流路断面積が増加するため、両者の隙間を通過してシリンダ室１４Ａ内から外部へ排出される際のエアの流動抵抗は小さくなる。その結果、一体に移動するピストン１６、ラック枠保持体１３、ラック枠１２、及び、ピストン１７の移動速度は増加し、これに伴って回転軸５の回転も加速する。

やがてラック枠１２が左方の移動ストローク限界位置に近づくと、再びスプール２８の外周面と給排出孔２２Ａの内周面との間の隙間で形成される流路断面積が減少するため、前記隙間を通過するエアの流動抵抗が大きくなり、ラック枠１２の左方への移動速度は徐々に低下し、図１６のようにラック枠１２が左方の移動ストローク限界位置に達した時点で回転軸５は衝撃を生じることなく滑らかに回転を停止する。

こうして、図３における平面視において、回転軸５が回転開始時から左回りに回転角１８０°回転した位置で、取付ハブ６の回転位置検出フランジ６Ｄに中心角９０°毎に形成されている被検出孔６Ｅが回転検出センサ８によって再び検出されると、前記回転検出センサ８から出力される検出信号により、図９に示す電磁切換弁Ｖが同図の状態に切り換えられ、エア供給源Ｓのエアは、ポートＡとボートＣに供給されるとともに、ポートＢとポートＤは電磁切換弁Ｖを介して大気中に開放される。

そうすると、前述した図１１の位置にラック枠１２が移動して第１のラック１２Ａがピニオン１１と噛み合い、それ以降、前述した動作が順に繰り返されて回転軸５が９０°ずつ左回りステップで回転駆動される。なお、ラック枠１２が左右何れかのストローク端まで移動した時に、電磁切換弁Ｖを切り換えずにおけば、回転軸５は停止した状態が保持される。

また、エア供給源Ｓからのエアの供給が断たれた場合には、それぞれのピストン３６、３７を付勢しているコイルばね４０、４１の付勢力によって、ラック枠１２が図４に示す中立位置に復帰してピニオン１１に第１及び第２のラック１２Ａ、１２Ｂが前後両側から噛み合って回転軸５の回転をロックする。

以上に説明した実施形態においては、回転軸５の左回りのステップ回転動作について説明したが、図１０のように、ポートＡ（給排出孔２２Ａ）とポートＤ（給排出孔３７Ｃ）を共通のエア管路で電磁切換弁Ｖに接続し、一方、ポートＢ（給排出孔２３Ａ）とポートＣ（給排出孔３６Ｃ）を共通のエア管路で電磁切換弁Ｖに接続することにより、回転軸５の右回りのステップ回転動作を左回りの場合と同様にして行うことができる。

また、前述した回転割出装置１は、ラック枠１２の左右方向の移動ストロークで回転軸５が左回りまたは右回りに１／４回転するように構成しているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ラック枠１２の左右方向の移動ストロークで回転軸５が１／６回転するように、ラック枠１２の移動ストローク幅は、必要に応じて適宜設定することが可能である。

また、ピニオン１１に噛み合うラック1２Ａ、１２Ｂを切り換えるための第２の流体シリンダ機構を２つの単動型のエアシリンダ機構で構成しているが、これに代えて、複動型のエアシリンダ機構を１つだけ基枠の一方の側に設け、このエアシリンダ機構によってピニオンに噛み合うラックの切り換え動作を行うようにしてもよい。

さらに、本実施形態においては、ラック枠１２をそれぞれ第１の方向と第２の方向に往復移動するための第１の流体シリンダ機構と第２の流体シリンダ機構にエアシリンダ機構を用いているが、これらのエアシリンダ機構に代えて、油圧シリンダ機構等の液圧シリンダ機構を用いることも可能である。

本発明は、機械部品の製造工程や検査工程等において、ワークの回転角度の割出を行う回転割出装置として利用することができ、また、爆発性の物質を扱う環境で、電動モータ等の使用が制限される場所において、好適に利用することができる。

本発明の回転割出装置の１実施形態を示す正面図である。 本発明の回転割出装置の１実施形態を示す右側面図である。 本発明の回転割出装置の１実施形態を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 ピストンとスプールの連結構造を示す部分断面図である。 左右両側のそれぞれの栓体とスプールとの位置関係ならびに詳細構造を示す部分断面図であって、（Ａ）は図４に対応した向きの断面、（Ｂ）は、図６に対応した向きの断面をそれぞれ示す。 本発明の回転割出装置を左回りのステップ回転で駆動するための空気回路図である。 本発明の回転割出装置を右回りのステップ回転で駆動するための空気回路図である。 本発明の回転割出装置の左回りのステップ回転における動作の第１段階を示す図である。 本発明の回転割出装置の左回りのステップ回転における動作の第２段階を示す図である。 本発明の回転割出装置の左回りのステップ回転における動作の第３段階を示す図である。 本発明の回転割出装置の左回りのステップ回転における動作の第４段階を示す図である。 本発明の回転割出装置の左回りのステップ回転における動作の第５段階を示す図である。 本発明の回転割出装置の左回りのステップ回転における動作の第６段階を示す図である。

符号の説明

１ 回転割出装置
２ 機枠
３、４ 軸受け
５ 回転軸
５Ａ 平坦面
６ 取付ハブ
６Ａ 取付用ねじ穴
６Ｂ 軸孔
６Ｃ ねじ孔
６Ｄ 回転位置検出フランジ
６Ｅ 被検出孔
７ 固定ねじ
８ 回転検出センサ
９ 取付板
９Ａ 取付孔
９Ｂ ボス部
１０ 一方向クラッチ
１１ ピニオン
１２ ラック枠
１２Ａ 第１のラック
１２Ｂ 第２のラック
１２Ｃ、１２Ｄ 連結片
１３ ラック枠保持体
１４、１５ エアシリンダ
１４Ａ、１５Ａ シリンダ室
１４Ｂ、１５Ｂ 頂壁
１６、１７ ピストン
１６Ａ、１７Ａ スプール保持孔
１６Ｂ、１７Ｂ 貫通孔
１６Ｃ、１７Ｃ 連通口
１８、１９ シールリング
２０、２１ ウェアリング
２２、２３ 栓体
２２Ａ、２３Ａ 給排出孔
２２Ｂ、２３Ｂ 雄ねじ部
２２Ｃ、２３Ｃ 近傍部分
２４、２５ シール部材
２６、２７ ロックナット
２８、２９ スプール
２８Ａ、２９Ａ フランジ部
２８Ｂ、２９Ｂ エア通路（流体通路）
２８Ｃ、２９Ｃ ボール
２８Ｄ、２９Ｄ ばね
２８Ｅ、２９Ｅ 溝
２８Ｆ、２９Ｆ 外周面
３０、３１ Ｏリング
３２、３３ 蓋部材
３４、３５ 弾性係止リング
３６、３７ エアシリンダ
３６Ａ、３７Ａ シリンダ室
３６Ｂ、３７Ｂ 頂壁
３６Ｃ、３７Ｃ 給排出孔
３８、３９ ピストン
３８Ａ、３９Ａ 凹部
４０、４１ コイルばね（付勢部材）
４２、４３ シールリング
４４、４５ 摺動ガイド

Claims (4)

1. 機枠と、
   前記機枠に対して回転自在に保持された回転軸と、
   前記機枠に対して前記回転軸の回転軸線と直交する平面内で、一体的に並進運動可能に案内支持されているとともに、前記平面内で前記回転軸を挟んで互いに歯面を向き合わせて当該平面内の第１の方向に並行して配列された第１のラック及び第２のラックとを有するラック枠と、
   前記回転軸に設けられ、前記ラック枠が前記平面内で第１の方向と直交する第２の方向の移動可能範囲の中間位置にあるときは、第１のラックと第２のラックの両方との噛み合いを維持し、当該ラック枠が前記中間位置から第２の方向の移動可能範囲の何れか一方の側に移動したときは、これらラックの何れか一方と完全に噛み合い、他方のラックとの噛み合いが外れるように第１のラックと第２のラックとの間に配置されたピニオンと、
   前記機枠に設けられ、前記ラック枠を第１の方向に往復移動させる第１の流体シリンダ機構と、
   前記機枠に設けられ、前記ラック枠を第２の方向に往復移動させる第２の流体シリンダ機構とを備え、
   第１の流体シリンダ機構は、第１の方向における前記機枠の両側に前記回転軸に対して対称的に設けられて、機枠側と反対側にシリンダ室の頂壁が形成されている、第１の流体シリンダ及び第２の流体シリンダを有して、これらの流体シリンダのシリンダ室内には、それぞれ、前記ラック枠とともに第１の方向に往復移動可能なピストンが嵌挿され、
   前記それぞれのシリンダ室頂壁には、シリンダ室内へ流体を供給し、また、当該シリンダ室内から流体を排出するための、シリンダ室内に面する開口部の近傍部分が他の部分より小径に形成されている給排出孔が第１の方向に貫通形成された栓体が設けられ、
   それぞれのピストンのシリンダ室頂壁と対向する側の端面には、先端部側から対向する栓体の給排出孔内に挿入させたスプールの基端部が保持され、
   前記それぞれのスプールは、基端部でシリンダ室内に連通する流体通路が内部に貫通形成され、前記流体通路の途中には、先端部側から基端部側への流体の通過のみを許容するチェック弁が設けられているとともに、外周面は、前記給排出孔の小径に形成されている部分の内周面との隙間で形成される流路の断面積が、ピストンが両側のストローク限界位置に近づくにつれて減少する形状となっていることを特徴とする回転割出装置。
2. 第２の流体シリンダ機構への流体供給が遮断された際に、ラック枠を第２の方向の移動可能範囲の中間位置へ復帰移動させる付勢部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転割出装置。
3. それぞれの栓体は、第１の流体シリンダと第２の流体シリンダのシリンダ室頂壁に貫通形成されたねじ孔に螺合固定されているとともに、これらの栓体のシリンダ室内へ突出する端面に、対向するピストン端面を当接させてシリンダ室頂壁側のピストンのストローク限界を規定しているとともに、これらの栓体を回動させて前記ストローク限界位置を調整できるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の回転割出装置。
4. 回転軸の回転方向を一方向に規制する一方向クラッチを設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転割出装置。

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